【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源危機(jī)和環(huán)境問題變得突出,世界各國對清潔的可再生能源的需求不斷增加,能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)正發(fā)生根本性變化。太陽能作為能源領(lǐng)域的方向之一,光伏技術(shù)成為當(dāng)下太陽能利用的研究熱點(diǎn)。近幾年發(fā)展起來的有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池具有高效率、工藝簡單和低成本的特點(diǎn),正成為該領(lǐng)域的一顆明日之星。本文研究了鈣鈦礦太陽能電池的制備工藝。在此基礎(chǔ)上,制備了基于柔性和剛性基板的大尺寸鈣鈦礦太陽能電池。同時(shí),對大尺寸器件的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究,并提出了一種解決方案來提高器件的穩(wěn)定性。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下。首先,采用混合蒸發(fā)/旋涂法來制備鈣鈦礦電池的活性層。研究了PbI_2蒸發(fā)速率對鈣鈦礦薄膜的影響,發(fā)現(xiàn)20?/s的超快PbI_2蒸發(fā)速率有利于碘化鉛轉(zhuǎn)化為鈣鈦礦薄膜。通過優(yōu)化速率,制備了無孔洞的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。經(jīng)過優(yōu)化后,器件的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了14.88%,并且沒有遲滯現(xiàn)象。其次,通過上述制備工藝,大尺寸無孔洞的鈣鈦礦薄膜在5 cm×5 cm的柔性基板上成功制備�；谏鲜龈哔|(zhì)量的鈣鈦礦薄膜,1.2 cm~2和16 cm~2尺寸的光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到了12.75%和8.3%。對大尺寸的柔性器件進(jìn)行機(jī)械彎折測試,研究了彎折的破壞因素。然后,鈣鈦礦器件的基板面積進(jìn)一步擴(kuò)大到10 cm×10cm。采用這種體積膨脹的制備工藝,將0.16 cm~2的器件放大到大尺寸的鈣鈦礦電池組件,實(shí)現(xiàn)了高達(dá)13.98%的電池組件認(rèn)證效率,且小尺寸到大尺寸的電池效率損耗僅為8%。研究還發(fā)現(xiàn)大尺寸組件中,當(dāng)使用金電極時(shí),組件效率在存放16天后,其效率就衰減為初始效率的38%,與小尺寸器件40天存放仍保持90%效率相比表現(xiàn)出較大區(qū)別。而使用銅電極的電池組件效率在存放30天后保留初始效率的90%,器件穩(wěn)定性得到了大幅提升。我們認(rèn)為組件中才會出現(xiàn)的熱斑效應(yīng)是主要影響因素。本文以“熱斑”的表征方法來研究電池組件的穩(wěn)定性。熱斑效應(yīng)的研究揭示了銅電極與金電極相比可以降低熱斑數(shù)量和由于熱斑效應(yīng)造成的溫度升高的程度。其原因在于:盡管金和銅都擴(kuò)散到Spiro-OMeTAD層,但金仍以金屬形式存在,這可能會加劇器件中的不受控電子復(fù)合,加速其在使用過程中的損毀。而銅會被氧化,形成導(dǎo)空穴半導(dǎo)體材料CuI,不會大幅度改變器件原有電子復(fù)合情況。本研究也因此發(fā)現(xiàn)一些在小尺寸器件中長期使用的穩(wěn)定材料體系和器件結(jié)構(gòu)并不一定適用于電池組件,為鈣鈦礦太陽能電池的實(shí)用化過程中的問題解決提供了一個(gè)新的思路。
【圖文】：

圖 1-1 太陽能電池分類及其發(fā)展歷程[2]在 1839 年，Becquerel 在溶液中首次發(fā)現(xiàn)了光生伏特效應(yīng)，這是關(guān)于太陽能電池的初次研究。1954 年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室制備出單晶硅結(jié)構(gòu)的太陽能電池，并獲得了效率高達(dá) 6%的器件[1]。之后，隨著人們的深入研究和不斷探索，太陽能電池得到了快速發(fā)展�？傮w來說，太陽能電池可以分為三個(gè)階段，，第一個(gè)階段是硅基太陽能電池，主要包括單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池等。這是目前已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的一類電池。第二個(gè)階段是多元化合物薄膜太陽能電池，包括砷化鎵，銅銦鎵硒等。這類電池效率較高，但存在原材料儲量稀少，制備成本高而難以大面積的推廣應(yīng)用的問題。第三個(gè)階段是新型太陽能電池，根據(jù)特點(diǎn)主要分為：染料敏化太陽能電池、有機(jī)太陽能電池、量子點(diǎn)太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池。這類新型太陽能電池具有成本低廉，工藝簡單的特點(diǎn)而廣受關(guān)注。其中，鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展十分迅速，已成為新一代太陽能電池的佼佼者。目前，各類太陽能電池的公證效率記錄見圖 1-1[2]，其中單晶硅器件最高效

再進(jìn)行另一種前驅(qū)體進(jìn)行反應(yīng)成膜。氣相法包括共沉積法助溶液法[7,8]。法具有高度可控的優(yōu)點(diǎn)，而溶液法具有大面積低成本制造空沉積的缺點(diǎn)之一是需要真空設(shè)備，因而會增加成本，而需要惰性氣氛來沉積制備薄膜，這也是會增加成本的。真形式，一是共沉積，二是順序沉積。在共沉積的情況下，感器和多腔厚度監(jiān)測或共沉積控制器是需要的。在連續(xù)沉以在沉積好薄膜之后進(jìn)行加熱退火處理或者在升高的溫度是首先制備一層金屬鹵化物，然后有機(jī)源進(jìn)行氣相蒸發(fā)進(jìn)物可以被熱蒸發(fā)，但有機(jī)前驅(qū)體是在管式爐中進(jìn)行熱蒸發(fā)大面積上均勻成膜制備高性能器件。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4

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